Еволюція в пробірці. Хіміків нагородили Нобелем за допомогу в лікуванні раку
У Швеції оголосили володарів Нобелівської премії з хімії. Половину грошового призу отримає американка Френсіс Арнольд, другу частину розділять Джордж Сміт (США) і Грегорі Вінтер (Великобританія). Як зазначено в рішенні комітету, премія 2018 р. "присуджена за революцію, яка була здійснена завдяки еволюції".
Френсіс Арнольд — п'ята жінка-лауреат Нобелівської премії з хімії — вперше застосувала так звану "спрямовану еволюцію" ферментів, тобто білків, які є каталізаторами хімічних реакцій. Ферменти, вироблені таким чином, використовуються для створення безлічі речовин — від біопалива до фармацевтичних препаратів. Справа в тому, що метод спрямованої еволюції" дозволяє отримувати білки з конкретними властивостями під кожну окрему задачу. Два роки тому професор отримала за свої розробки престижну премію Millennium Technology Prize, яку називають "технологічним Нобелем". Вона, до речі, перша жінка, яка удостоїлася цієї нагороди.
Джордж Сміт придумав метод вивчення білок-білкових, білок-пептидних і ДНК-білкових взаємодій під назвою "фаговый дисплей". Бактеріофаги — віруси, які вражають бактерії, що використовуються для визначення зв'язків між ділянками ДНК і конкретними білками. Його колега сер Грегорі Уінтер використовував цей метод для створення нових фармацевтичних препаратів. Зокрема, фаговый дисплей дозволяє створювати антитіла, які нейтралізують токсини, борються з аутоімунними захворюваннями і дозволяють лікувати рак на стадії метастаз.
Гра в бога
Якби не еволюція, людина ніколи б не вийшов на сушу, а після не зліз з дерева. Саме завдяки еволюції ми можемо спостерігати таку різноманітність тварин і рослин. Однак, для того щоб пристосовуватися до нових умов, живим організмам потрібні ферменти (ензими) — білки, які є каталізаторами хімічних реакцій. Функція кожного ферменту унікальна, оскільки кожен з них активізує тільки один біохімічний процес. Так, в людському організмі більше 3 тис. ензимів. Вони, наприклад, забезпечують перетравлювання їжі, відновлення органів і тканин, стимулюють діяльність головного мозку.
Ці процеси розвивалися одночасно з розвитком життя на Землі. Але завдяки відкриттю Френсіс Арнольд сьогодні вчені можуть самі виступити в ролі природи, організувавши процес еволюції прямо в пробірці. Таким чином можна створити білки, які ще не встигла створити природа. Інжиніринг білків — це технології проектування білків "на замовлення". Наприклад, для створення ліків або біопалива.
Спрощено процес виглядає наступним чином. Спершу слід отримати як можна більше варіантів певного білка, а після цього відібрати ті, чиї характеристики найкраще підходять для реалізації поставленої задачі. Цей процес повторюється до тих пір, поки не буде отримано "ідеальний білок". У підсумку процес еволюції займає не мільйони років, а всього кілька тижнів.
Створи собі бактеріофаг
Еволюціонують не тільки ензими. У людському організмі безліч білків, що виконують різні функції. Наприклад, антитіла знаходять і розпізнають потенційні загрози зразок вірусів, бактерій або клітин, які раптом почали вести себе якось дивно. Цей механізм, коли організм сам бореться з проблемою, успішно використовують у медицині — багато ліків, у тому числі від раку, це саме такі антитіла, звані також імуноглобулінами.
Антитіла схожі на рогатку, кожна з таких частинок здатна зв'язувати (визначати) певну частку, розташовану на поверхні вірусу або бактерії, так званий антиген. Після цього антитіла блокують бактерії або віруси, щоб вони не розмножувалися, або нейтралізують виділяються токсичні речовини. У ссавців виділяють п'ять класів імуноглобулінів (IgG, IgA, IgM, IgD, IgE), які різняться і за будовою, і за функціями.
Саме за методику, що дозволяє створювати антитіла, і отримав нагороду Джордж Сміт. В основі методу лежить використання бактеріофагів —вірусів, які можуть атакувати бактерії. Фаговый дисплей — це лабораторний метод вивчення взаємодій білків з ДНК, пептидами і іншими білками, що використовує бактеріофагів для того, щоб співвіднести білки і генетичну інформацію, кодує їх. Бактеріофаги можуть "поглинати" фрагмент ДНК, а потім виводити його на поверхню. Таким чином, вчені можуть досліджувати взаємодію білків з іншими частинками і між собою. Наприклад, з'ясувати, як антитіло буде реагувати на конкретний антиген.
Ця методика відмінно зарекомендувала себе при створенні препаратів, покликаних виявити в організмі новоутворення. Адже до антитілам можна прикріпити різні частинки, які стануть руйнівними для ракової клітини. Власне, за використання методики фагового дисплею для створення ліків та отримав Нобелівську премію сер Грегорі Вінтер. Так, сьогодні розроблений на підставі цього методу препарат адалімумаб використовується для лікування ревматоїдного запалення суглобів, псоріазу та запалення кишечника.
